Untersuchungen über den Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern zur Kurzschlußstrombegrenzung:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 21]
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| adam_text | Titel: Untersuchungen über den Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern zur Kurzschlußstrombegrenzung
Autor: Schubert, Michael
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Michael Schubert, Wolfsburg Untersuchungen über den Einsatz von Hochtemperatur- Supraleitern zur Kurzschluß- strombegrenzung Reihe 21 . Elektrotechnik Nr. 218
Inhaltsverzeichnis Formelzeichen IX 1 Einführende Betrachtungen 1 1.1 Grundlagen der Supraleitung.............. 4 1.1.1 Metallische Supraleiter.............. 7 1.1.2 Oxidische Supraleiter .............. 8 1.2 Kurzschlußstrombegrenzung mit Supraleitern..... 10 1.3 Ziel der vorliegenden Arbeit............... 19 2 Versuchseinrichtungen und Versuchsabläufe 20 2.1 Kühlungsmethoden und Versuchsgefäße ........ 21 2.2 Messung der kritischen Temperatur und Stromdichte . 22 2.2.1 Versuchskreis................... 22 2.2.2 Messung der kritischen Temperatur ...... 22 2.2.3 Messung der kritischen Stromdichte......24 2.3 Untersuchung des Magnetfeldeinflusses......... 25 2.4 Kennlinienfeldaufnahme, Schaltvorgang ........ 26 3 Untersuchte Supraleiterwerkstoffe und ihre Präparation 28 3.1 Allgemeines........................ 28 3.2 YBaCuO und BiSrCaCuO Sintermaterial ....... 30 3.3 Achsenorientierte YBaCuO-Schichten.......... 31 3.4 Texturiertes polykristallines BiSrCaCuO mit Silberhülle 33 3.4.1 Methoden zum Abtrag der Silberhülle.....34 V
3.4.2 Methoden zur Querschnitts- und Kernanteilsbestimmung von BiSrCaCuO-Pulver-in-Rohr- Material...................... 37 3.4.3 Mechanische Stabilisierung des silberlosen Pulver-in-Rohr-Materials ............ 38 4 Experimentelle Untersuchungen und Ergebnisse 43 4.1 Messungen der kritischen Temperatur ......... 43 4.1.1 YBaCuO- und BiSrCaCuO-Sintermaterial ... 43 4.1.2 YBaCuO-Dünnschichten............. 45 4.1.3 Texturiertes BiSrCaCuO mit Silberhülle .... 46 4.2 Messungen der kritischen Stromdichte......... 47 4.2.1 YBaCuO-Sintermaterial............. 47 4.2.2 YBaCuO-Dünnschichten............. 48 4.2.3 Texturiertes BiSrCaCuO mit Silberhülle .... 49 4.3 Untersuchungen des Magnetfeldverhaltens.......50 4.3.1 YBaCuO-Sintermaterial............. 50 4.3.2 BiSrCaCuO-Bandmaterial............ 53 4.4 Homogenität der kritischen Parameter über größere Leiterlängen........................ 56 4.5 p = ƒ (ƒ, T)-Kennlinienfeldaufnahme.......... 60 4.5.1 YBaCuO-Sintermaterial............. 60 4.5.2 BiSrCaCuO-Bandmaterial............ 61 4.6 Untersuchungen zum Ubergangsverhalten, gezielte Quencheinleitung..................... 62 4.6.1 YBaCuO-Sintermaterial............. 62 4.6.2 BiSrCaCuO-Bandmaterial............ 63 VI
4.7 Untersuchung von Degradationseffekten........65 4.8 Untersuchungen an mechanisch stabilisiertem BiSrCaCuO-Bandmaterial................ 67 4.8.1 Kritische Temperatur .............. 68 4.8.2 Kritischer Strom................. 68 4.8.3 Übergangsverhalten und Kennlinienfeldaufnahme ....................... 68 5 Simulationsrechnungen 71 5.1 Allgemeines........................ 71 5.2 Lineares Modell für p = ƒ (I, T)-Abhängigkeit..... 73 5.3 Exponentielles Modell für p = ƒ(ƒ, T)-Abhängigkeit . . 74 5.4 Ergebnisse......................... 77 5.4.1 Berechnete Übergangszeiten........... 78 5.4.2 Inhomogenitätsproblem............. 80 5.4.3 Stabilisierung................... 82 5.4.4 Überspannungsproblem............. 86 5.4.5 Wiedereinschaltbereitschaft........... 86 6 Ergänzende Betrachtungen und Ausblick 87 6.1 Einfluß der Supraleiterparameter auf die Auslegung eines resistiven supraleitenden Strombegrenzers .... 87 6.1.1 Kritische Temperatur .............. 87 6.1.2 Kritische Strom dichte.............. 88 6.1.3 Kritisches Magnetfeld.............. 89 6.1.4 Spezifischer Widerstand............. 90 VII
6.2 Baugrößenvergleich fiktiver Strombegrenzer ....... 91 6.3 Auslösung des resistiven Strombegrenzers.......94 6.3.1 Eigenauslösung durch J c -Uberschreitung .... 94 6.3.2 Gezielte Einleitung des Überganges.......94 6.3.3 Reststrom und Erwärmung nach erfolgter Strombegrenzung................. 95 6.3.4 Kühlmittelbedarf................. 97 6.4 Realisierbarkeit von resistiven Strombegrenzern mit Hochtemperatur-Supraleitern.............. 99 6.4.1 Materialinhomogenitäten und deren Auswirkungen ...................... 99 6.4.2 Derzeitiger Stand der Materialentwicklung . . . 101 6.4.3 Kühlung......................102 6.5 Potentielle Einsatzmöglichkeiten von HTSL- Strombegrenzern ........................102 6.5.1 Ausblick......................103 7 Zusammenfassung 105 Bildteil 107 Literatur 189 VIII
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